1.5. Конструкция кабелей и кабельные линии

Силовые кабели состоят из одной или нескольких токо- проводящих жил, отделенных друг от друга и от земли изоляцией. Поверх изоляции для ее предохранения от вла­- ги, кислот и механических повреждений накладывают за- щитную оболочку ,и стальную ленточную броню с защит­- ными покровами. Токопроводящие жилы, как правило, из- готовляются из алюминия как однопроволочными (сечением

до 16 мм²), так и многопроволочными. Применение кабе- лей с медными жилами предусмотрено только в специаль- ных случаях, например во взрывоопасных помещениях, в шахтах, опасных по газу и пыли. На переменном токе до 1 кВ применяют четырехжильные кабели, сечение четвер- той, нулевой жилы меньше, чем основных. Кабели в сетях переменного тока до 35 кВ – трехжильные, кабели 110 кВ и выше–одножильные. На постоянном токе применяют одножильные и двухжильные кабели.

Изоляция выполняется из специальной пропитанной минеральным маслом кабельной бумаги, накладываемой в виде лент на токопроводящие жилы. При прокладке ка- белей на вертикальных и крутонаклонных трассах возмож- но перемещение пропитывающего состава вдоль кабеля. Поэтому для таких трасс изготовляются кабели с обеднен- но-пропитанной изоляцией и с нестекающим пропитываю- щим составом. Изготовляются также кабели с резиновой или полиэтиленовой изоляцией.

Защитные оболочки, накладываемые поверх изоляции для ее предохранения от влаги и воздуха, бывают свинцо- выми, алюминиевыми или поливинилхлоридными. Реко- мендуется широко использовать кабели в алюминиевой оболочке. Кабели в свинцовой оболочке предусмотрены для прокладки под водой, в угольных и сланцевых шахтах, в особо опасных коррозионно-активных средах. В осталь- ных случаях выбор кабелей в свинцовой оболочке надо специально технически обосновать.

Свинцовые, алюминиевые или поливинилхлоридные оболочки надо защитить от механических повреждений. Для этого на оболочку накладывают броню из стальных лент или проволок. Алюминиевая оболочка и стальная броня в свою очередь подлежат защите от коррозии, хими- ческого воздействия и блуждающих в земле токов. Для этого между оболочкой и броней, а также поверх брони накладывают внутренний и внешний защитные покровы. Внутренний защитный покров (или подушка под броней)– это джутовая прослойка из хлопчатобумажной пропитан- ной пряжи или из кабельной сульфатной бумаги. Поверх этой бумаги накладывают еще две поливинилхлоридные ленты. Наружный защитный покров – также из джута, пропитанного антикоррозионным составом. Для прокладки в туннелях и других местах, опасных в пожарном отноше- нии, применяют специальные кабели с негорючими защит­- ными покровами.

Кабели напряжением до 10 кВ изображены на рис. 1.15,а,б. На рис. 1.15, а показан четырехжильный кабель до1кВ: 1 – токопроводящие фазные жилы; 2 – бумажная фазная и поясная изоляция; 3 – алюминиевая или свинцо­- вая защитная оболочка; 4 – стальная броня; 5 – защит­- ный покров; 6 –бумажное заполнение; 7 – нулевая жила. На рис. 1.15,б изображен трехжильный кабель 1–10 кВ с бумажной изоляцией:1 – медная или алюминиевая то- копроводящая жила; 2 – фазная изоляция; 3 – общая по­- ясная изоляция; 4 – свинцовая или алюминиевая оболоч­- ка; 5 – подушка под броней; 6 – стальная броня; 7 – за­- щитные покровы; 8 – заполнение.

Каждая из трех жил кабелей 1–10 кВ имеет сектор­- ную форму и обмотана фазной изоляцией (двумя или бо­- лее слоями лентами пропитанной кабельной бумаги). Про­- странство между жилами заполняют жгутами из сульфат­- ной бумаги 8. Поверх жил накладывают общую поясную изоляцию 3 той же структуры, что и фазная изоляция жил кабеля (рис. 1.15, б).

Силовые линии электрического поля в кабелях с пояс­- ной изоляцией и общей металлической оболочкой имеют различные углы наклона по отношению к слоям бумаги (рис. 1.15, б), что обусловливает в них как нормальные, так и касательные (тангенциальные) составляющие поля. Это заметно ухудшает свойства кабеля, так как электри­- ческая прочность изоляции вдоль слоев бумаги в 8–10 раз меньше по сравнению с прочностью при нормальном к бу­- маге направлении силовых линий. Электрическая прочность заполнителей также значительно ниже, чем пропитанной изоляции. Из-за этого недостатка кабели с поясной изоля­- цией и общей металлической оболочкой не применяются на напряжение выше 10 кВ.

Трехжильные кабели 20–35 кВ состоят из отдельно освинцованных или экранированных жил (рис. 1.15, г, д). В первом случае (рис. 1.15, д) бесшовная свинцовая обо­- лочка 4 положена поверх бумажной фазной изоляции каж­- дой жилы 3. В кабеле с экранированными жилами поверх бумажной изоляции каждой жилы наложен экран–слой перфорированной медной ленты или ленты из перфориро­- ванной металлизированной бумаги. Свинцовая оболочка

Рис. 1.15. Силовые кабели:

а – четырехжильный до 1 кВ; б– с бумажной пропитанной изоляцией 1–10 кВ;

в, г – электрическое поле в кабеле с поясной изоляцией и экранированными или освинцованными жилами; д–на напряжение 20–35 кВ; е–маслонаполненный низкого давления 110–220 кВ; ж–маслонаполненный высокого давления 220 кВ

или экран создает эквипотенциальные поверхности вокруг изоляции каждой из фаз, при которых существуют лишь радиальные силовые линии электрического поля в фазной изоляции (рис. 1.15, г). Свинцовые оболочки поверх жил сравнивают и тепловые поля в изоляции фаз. В кабеле на 20 и 35 кВ на рис. 1.15, д: 1 – круглая токопроводящая жила; 2 – полупроводящие экраны; 3 – фазная изоляция; 4 – свинцовая оболочка; 5 – подушка. Промежутки между свинцованными жилами заполнены пропитанной кабель- ной пряжей 6. Все три жилы скручены друг с другом и по- крыты стальной броней 7. Защитный покров от коррозии– кабельная пряжа 8, пропитанная битумным составом.

Газонаполненные кабели применяются при напряжении 10–110 кВ. Это освинцованные кабели с изолирующей бумагой, пропитанной относительно малым количеством компаунда. Кабель находится под небольшим избыточным давлением инертного газа (обычно азота), что значитель­- но повышает изолирующие свойства бумаги. Постоянство давления обеспечивается тем, что утечки газа компенсиру­- ется непрерывной подпиткой.

Кабели переменного тока 110 и 220 кВ изготовляют мас- лонаполненными и, как правило, одножильными. Конструк- ция маслонаполненного кабеля с бумажной пропитанной изоляцией на 110 и 220 кВ изображена на рис. 1.15, е: 1 – маслопроводящий канал; 2–полая токопроводящая жила, скрученная из фасонных луженых проволок; 3 – экран из двух-трех лент полупроводящей бумаги; 4 – изоляция; 5 – металлическая оболочка; 6 – подушка из поливинил- хлоридных лент; 7 – медные усиливающие ленты; 8 – броня; 9 – защитные покровы. Эти кабели изготовляются с изоляцией из бумажных лент различной плотности, про­- питанных высоковольтным нефтяным или синтетическим маслом малой вязкости. Маслопроводящий канал этих кабелей через специальные муфты периодически по трассе прокладки соединяется с баками давления, которое может достигать 0,3 МПа. Избыточное давление масла исклю­- чает возможность образования пустот в изоляции кабеля и значительно повышает его электрическую прочность. По значению давления, под которым находится масло, кабели делятся на кабели низкого (рис. 1.15,е) и высокого давле­- ния. Длительно допустимое избыточное давление масла в кабелях низкого давления должно быть в пределах 0,06– 0,3 МПа, а в кабелях высокого давления–1,1–1,6 МПа. Кабели высокого давления наиболее целесообразны на 220–500 кВ при прямых трассах. Конструкция такого ка­- беля 220 кВ показана на рис. 1.15, ж. Три однофазных ка­- беля размещены в стальном трубопроводе 1, покрытом за­- щитным покровом 7 и заполненном изоляционном маслом 6 под избыточным давлением до 1,5 МПа. Токоведущая жила 4 из медных круглых проволок имеет бумажную изо­- ляцию 3 с вязкой пропиткой. Поверх изоляции и полупро­- водящих бумажных лент наложена медная перфорирован­- ная лента 2 (экран), а сверх нее–две бронзовые полу­- круглые проволоки 5, которые служат для механической защиты изоляции от повреждений во время протягивания в стальном трубопроводе и, кроме того, способствуют улуч- шению циркуляции масла. Свинцовая оболочка на таком кабеле нужна только на период транспортировки и хране­- ния; перед затягиванием кабеля в стальной трубопровод ее снимают.

Принципиально новые конструкции кабелей разраба­- тываются для значительного увеличения их пропускной способности. К ним принадлежат электропередачи в трубах со сжатым газом и криогенные кабельные линии.

Марки кабелей состоят из начальных букв слов, харак­- теризующих их конструкцию. Первая буква А соответству­- ет алюминиевым жилам, отсутствие обозначения–мед- ным. Оболочки кабелей обозначаются буквами: А–алю­- миниевая, С – свинцовая, В – поливинилхлоридная, Н– резиновая, наиритовая; П–полиэтиленовая; кабели с отдельно освинцованными жилами маркируются буквой О. Обозначения марок кабелей с различными бронирован­- ными защитными покровами отмечаются следующими бук­- вами: Б–стальные ленты, П–плоские стальные оцинко­- ванные проволоки, К–такие же проволоки, но круглые. Отсутствие в конструкции кабеля брони и защитного слоя обозначается буквой Г. Маслонаполненные кабели низкого давления маркируются буквами МН в начале названия кабеля, кабели высокого давления–буквами МВД.

Например, кабелям, изображенным на рис. 1.15, а, б, с медными жилами и свинцовой оболочкой соответствует марка СБ, а с алюминиевыми жилами и алюминиевой обо­- лочкой– ААБ. Изображенному на рис. 1.15, д кабелю с медными жилами соответствует марка ОСБ.

Рядом с маркой кабеля обычно указывают число и се­- чение токоведущих жил кабеля. Например, СБ 3Х95 означает: кабель в свинцовой оболочке, бронированный стальными лентами, с тремя медными жилами сечением 95мм².

Кабельная арматура предназначена для соединения от­- дельных отрезков (строительных длин) кабеля, а также для присоединения концов кабелей к аппаратуре или ши­- нам распределительных устройств. Арматура для соедине­- ния отрезков кабеля–соединительные муфты. Арматура для оконцевания кабелей на открытом воздухе и внутри помещений – концевые муфты и концевые заделки. Основ­- ное назначение всех этих муфт и заделок–герметизация кабелей в местах соединений и оконцеваний.

Соединительная муфта изображена на рис. 1.16, а. За­- чищенные от изоляции концы жил кабеля 1 путем пайки или сварки соединяют друг с другом в специальных соеди­- нительных гильзах 6 и изолируют лентами кабельной бу­- маги (подмотка рулонами 5). Поверх соединения жил на­- девают корпус свинцовой муфты 3, концы которой припаи­- вают к свинцовой (или алюминиевой) оболочке кабеля 2. Через специальные заливочные отверстия 4 муфту запол­- няют кабельной массой. После этого отверстия запаивают. На рис. 1.16,а 7 – провод заземления, 8 – бандажи. Свин­- цовые соединительные муфты при прокладке в земле за-

Рис. 1.16. Арматура и способы прокладки кабелей:

а–свинцовая соединительная муфта для кабелей 6–110 кВ; б–концевая задел­- ка типа КВЭ с пластмассовыми трубками на жилах, в–трехфазная концевая муфта наружной установки типа КНЧ для кабелей 6–10 кВ; г – прокладка кабе­- лей в земляных траншеях; д–проходной кабельный туннель; е–кабельный блок

щищаются от механических повреждений защитными ко­- жухами из чугуна или из стеклопластика.

На рис. 1.16, б показана сухая концевая заделка типа КВЭ, при монтаже которой не применяются кабельные за­- ливочные составы. Герметизация жил 3 разделанного ка­- беля осуществляется с помощью трехслойных пластмассо­- вых трубок 2, надеваемых на жилы. На рис. 1.16,6: 1 – наконечник; 4 –металлическая оболочка кабеля; 5 – кор­- пус из эпоксидного компаунда; 6 –наконечник провода за­- земления; 7 – провод заземления.

На рис. 1.16, в показана концевая муфта типа КНЧ 10– 240 с вертикально расположенными изоляторами, приме­- няемая в наружных установках при соединении кабелей с трансформаторами и распределительными устройствами. На этом рисунке 1 – металлический корпус; 2 – фарфоро­- вый изолятор; 3 – заземляющий провод.

Специальная аппаратура поддерживает давление мас­- ла в маслонаполненных кабельных линиях в заданных пре­- делах.

Прокладка кабелей осуществляется в помещениях и вне их. Вне помещений кабели обычно прокладывают в земля­- ных траншеях (рис. 1.16, г). На дно траншеи насыпают мягкую подушку из просеянной земли или песка. Кабель засыпают слоем мягкого грунта, а затем для защиты от механических повреждений покрывают кирпичом или бе­- тонными плитами. После этого кабельную траншею засы­- пают землей и послойно утрамбовывают.

На переходах через автомобильные дороги и под же­- лезнодорожными путями кабель прокладывают в асбесто- цементных или бетонных трубах. При прокладке большого количества кабелей применяют коллекторы, туннели, ка­- налы и блоки. Коллектор предназначен для совместного размещения в нем кабельных линий, водопровода и тепло­- провода. Применение коллекторов целесообразно при соо­- ружении новых или при реконструкции существующих улиц крупных городов. Туннель предназначен для прокладки только кабельных линий (силовых и связи) (рис. 1.16, д). Туннели и коллекторы могут быть круглыми и прямоуголь­- ными. Емкость одного туннеля – от 20 до 50 кабелей. При меньшем количестве кабелей применяются кабельные ка­- налы. В больших городах и на крупных предприятиях ка­- бели иногда прокладывают в блоках (рис. 116, е). Обыч-

Рис. 1.17. Токопроводы промышленных предприятий и внутренние элек­- трические сети:

а – токопровод в закрытой галерее; б – гибкий открытый токопровод с расщеплен­- ными фазами па 10 кВ; в–токопровод с изоляторами; г–шинная сборка до 1 кВ с болтовым присоединением ответвлений; д – токопровод внутри промыш­- ленного здания; е – изолированные провода в петлях на стенках; ж–-кабель на стене здания; з–кабели в канале в полу

но это асбестоцементные трубы, стыки которых заделаны бетоном.